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高過載低量程測試傳感器的選擇比較
 
更新時間:2017.06.27 瀏覽次數(shù):
 

一、前言

動態(tài)測試領(lǐng)域中傳感器的高過載低量程一直是未能徹底解決的問題,這主要是因為傳統(tǒng)工藝傳感器固有的特性或工藝不能滿足這一特定環(huán)境的要求。傳統(tǒng)的壓電傳感器由于輸出阻抗高,低頻特性較差,在高過載后常發(fā)生零漂現(xiàn)象,使得測量數(shù)據(jù)不能真實再現(xiàn)被測量的動態(tài)過程,而傳統(tǒng)工藝的壓阻和電容傳感器雖然在頻響方面能滿足測試要求,低頻漂移較小,但由于制造工藝的原因,也不能較好解決這一測試問題。

現(xiàn)在,MEMS技術(shù)的發(fā)展為傳感器技術(shù)的發(fā)展提供了一個機會,MEMS加速度傳感器尺寸小、質(zhì)量輕,抗過載能力高、動態(tài)響應(yīng)快,因此,在動態(tài)測試領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊前景。

二、MEMS傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、工藝及特點

三、MEMS加速度計主要由一個懸臂梁構(gòu)成,梁的一端固定,另一端懸掛一個能感應(yīng)由加速度產(chǎn)生的作用力的質(zhì)量塊,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。目前,已有壓阻式、電容式、隧道式、共振式、熱形式等幾種類型

[1]本文將主要介紹壓阻式加速度傳感器。

壓阻式加速度傳感器一般為三層結(jié)構(gòu):頂層和底座通常為玻璃或硅片,起密封和過載保護作用,底座上還有前置放大和各種補償電路

[2]中間層是用體硅加工工藝加工出的懸臂和質(zhì)量塊,并且,在懸臂上用離子注入工藝制作出應(yīng)變電阻器,當(dāng)質(zhì)量塊受到力運動時,電阻器的阻值變化,通過惠斯通電橋檢出電阻變化量,以此求得加速度值。

制作傳感器的微機械加工技術(shù)可分為體微機械加工和表面微機械加工兩種。體微機械加工技術(shù)是對單晶硅或有表膜的體硅進行腐蝕,從而得到預(yù)期微結(jié)構(gòu)的一種加工技術(shù);而表面微機械加工技術(shù)則是對沉積或生長在基片上的多層膜進行加工,得到各種微機械結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)。體微機械加工技術(shù)中關(guān)鍵的步驟是腐蝕工藝,分為濕法腐蝕和干法腐蝕兩種,目前被廣泛使用的是濕法腐蝕工藝,其包括各向同性與各向異性腐蝕。各向同性腐蝕是指在晶片各個方向上腐蝕速度相等,可以制作出任意橫向幾何形狀微細(xì)圖形結(jié)構(gòu)的方法,而各向異性腐蝕則是與被腐蝕晶片的結(jié)構(gòu)方向有關(guān)的腐蝕方法,利用掩蔽圖形與不同晶面的對準(zhǔn)角關(guān)系,可以制作出深度達幾十微米的不同種三維空間結(jié)構(gòu),如V型槽、懸臂梁、懸臺結(jié)構(gòu)等。

MEMS傳感器的特點是有質(zhì)量塊位移限位結(jié)構(gòu),使質(zhì)量塊在高過載激勵下的位移被限制在安全的形變范圍內(nèi)。此外,傳感器和信號處理電路系統(tǒng)還都采用抗高過載封裝技術(shù)封裝在同一個硅片上。

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